吳長鋒

自然界很神奇，不同植物的開花時間不一樣，到底是什么神奇的力量在調(diào)控開花時間？科學(xué)家們一直在探尋這個奧秘。

筆者11月30日從安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)了解到，該校生命科學(xué)學(xué)院植物抗逆育種與減災(zāi)國家地方聯(lián)合工程實驗室李培金課題組，通過研究揭示了擬南芥花期自然變異的調(diào)控新機制。這一研究成果日前發(fā)表在著名國際刊物《自然·通訊》上。

開花時間是關(guān)鍵的農(nóng)藝性狀，對植物產(chǎn)量和品質(zhì)有著重要影響。一般來說，每種植物都有最佳花期，在此期間開花，就能實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。但如果花期提前或者滯后，就會給產(chǎn)量帶來不良影響。

李培金給筆者舉了一個例子，玉米在開花時期對高溫異常敏感，如果在7月份高溫天氣開花，會導(dǎo)致雌雄花期不協(xié)調(diào)和授粉失敗，嚴(yán)重時顆粒無收，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來重大損失。因此解析植物的開花機制，對植物分子輔助育種，提高作物產(chǎn)量具有重要的現(xiàn)實意義。

植物進(jìn)化是一個漫長的過程，同一類植物分布在不同的區(qū)域，為了適應(yīng)不同的環(huán)境，在進(jìn)化過程中遺傳基因會發(fā)生不同的變化，出現(xiàn)豐富的自然變異，從而維持了各種花期類型，這種現(xiàn)象在模式植物擬南芥中非常普遍，是遺傳多樣性的一個重要特征。

有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)RIGIDA （FRI）和FLOWERING LOCUS C（FLC）是抑制植物開花的兩個關(guān)鍵基因。比如，冬小麥之所以需要過冬，主要是因為FRI和FLC的同源基因表達(dá)水平很高，抑制了冬小麥開花，經(jīng)過秋冬兩季長時間的低溫，F(xiàn)LC表達(dá)水平就會慢慢下降，等到來年春天，隨著氣溫的逐步升高，冬小麥才得以開花結(jié)果。同時，只有在FRI和FLC共存的情況下，才能發(fā)揮抑制開花的功能，任何一個基因的缺失都會導(dǎo)致植物早開花。

在不同類型的擬南芥中，F(xiàn)LC的表達(dá)水平有很大差異。李培金課題團隊對世界范圍內(nèi)的102種擬南芥的FLC基因的表達(dá)水平進(jìn)行了定量分析，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)篩選出一個花期調(diào)控關(guān)鍵基因SSF。SSF基因編碼的蛋白質(zhì)擔(dān)負(fù)著調(diào)控花期的功能。通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，SSF基因編碼的蛋白質(zhì)具有兩個變異類型——SSF414D和SSF414N。植物體廣泛存在的蛋白泛素化修飾和降解系統(tǒng)能識別這兩種蛋白質(zhì)，并調(diào)控SSF蛋白質(zhì)水平的高低，從而影響開花抑制基因FLC的表達(dá)水平，導(dǎo)致植物花期發(fā)生改變。

李培金解釋說，SSF基因的兩種變異類型很神奇，SSF414D和SSF414N雖然都能抑制植物開花，但414D功能更強更明顯，414N相對表現(xiàn)不明顯。414D主要存在于北方的植物中，相對來講可以使植物晚開花，適應(yīng)北方的寒冷氣候;而414N主要存在于南方的植物中，相對來講調(diào)控植物早花，以適應(yīng)南方較為溫和的生長環(huán)境。

在以往的研究中，SSF基因多次被發(fā)現(xiàn)，但這個基因如何發(fā)揮功能一直不清楚，分子調(diào)控機制更是未知，這項研究成果首次解決了這個難題，并深入揭示了基因自然變異調(diào)控植物生育期的新機制，為植物分子育種提供了重要基因資源和理論依據(jù)。